如何在Python中实现Softmax函数

从Udacity的深度学习课程中，y_i的softmax仅仅是指数除以整个Y向量的指数之和:

其中S(y_i)是y_i的软最大函数e是指数函数j是no。输入向量Y中的列。

我试过以下几种方法:

import numpy as np

def softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    e_x = np.exp(x - np.max(x))
    return e_x / e_x.sum()

scores = [3.0, 1.0, 0.2]
print(softmax(scores))

[ 0.8360188   0.11314284  0.05083836]

但建议的解决方案是:

def softmax(x):
    """Compute softmax values for each sets of scores in x."""
    return np.exp(x) / np.sum(np.exp(x), axis=0)

它产生与第一个实现相同的输出，尽管第一个实现显式地取每列与Max的差值，然后除以和。

有人能用数学方法解释一下吗?一个是对的，另一个是错的?

实现在代码和时间复杂度方面是否相似?哪个更有效率?

当前回答

为了提供另一种解决方案，请考虑这样的情况:参数的值非常大，以至于exp(x)会溢出(在负的情况下)或溢出(在正的情况下)。这里你希望尽可能长时间地保持在对数空间中，只在你可以相信结果是良好的地方取幂。

import scipy.special as sc
import numpy as np

def softmax(x: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.exp(x - sc.logsumexp(x))

2018-02-15 19:38:28

其他回答

import scipy.special as sc
import numpy as np

def softmax(x: np.ndarray) -> np.ndarray:
    return np.exp(x - sc.logsumexp(x))

2018-02-15 19:38:28

他们都是正确的，但从数值稳定性的角度来看，你的更合适。

你从

e ^ (x - max(x)) / sum(e^(x - max(x))

利用a^(b - c) = (a^b)/(a^c)我们得到

= e ^ x / (e ^ max(x) * sum(e ^ x / e ^ max(x)))

= e ^ x / sum(e ^ x)

这就是另一个答案说的。你可以用任意变量替换max(x)它会消掉。

2016-01-23 22:00:06

这也适用于np. remodeling。

   def softmax( scores):
        """
        Compute softmax scores given the raw output from the model

        :param scores: raw scores from the model (N, num_classes)
        :return:
            prob: softmax probabilities (N, num_classes)
        """
        prob = None

        exponential = np.exp(
            scores - np.max(scores, axis=1).reshape(-1, 1)
        )  # subract the largest number https://jamesmccaffrey.wordpress.com/2016/03/04/the-max-trick-when-computing-softmax/
        prob = exponential / exponential.sum(axis=1).reshape(-1, 1)

        

        return prob

2020-08-26 04:35:59

我需要一些与Tensorflow的密集层输出兼容的东西。

来自@desertnaut的解决方案在本例中不起作用，因为我有一批数据。因此，我提出了另一个解决方案，应该在这两种情况下工作:

def softmax(x, axis=-1):
    e_x = np.exp(x - np.max(x)) # same code
    return e_x / e_x.sum(axis=axis, keepdims=True)

结果:

logits = np.asarray([
    [-0.0052024,  -0.00770216,  0.01360943, -0.008921], # 1
    [-0.0052024,  -0.00770216,  0.01360943, -0.008921]  # 2
])

print(softmax(logits))

#[[0.2492037  0.24858153 0.25393605 0.24827873]
# [0.2492037  0.24858153 0.25393605 0.24827873]]

参考:Tensorflow softmax

2019-01-20 21:13:44

我想说，虽然从数学上讲，这两种方法都是正确的，但就实现而言，第一个方法更好。在计算softmax时，中间值可能会变得很大。两个大数的除法在数值上是不稳定的。这些笔记(来自斯坦福大学)提到了一个归一化技巧，这基本上就是你正在做的事情。

2016-02-08 18:13:54

如何在Python中实现Softmax函数

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